Machine d'extrusion

Connaissez-vous tous les facteurs qui génèrent et influencent les contraintes internes dans les produits moulés par injection ?

1. génération de stress interne
Dans les produits moulés par injection, l'état de contrainte local varie selon l'endroit, et le degré de déformation est déterminé par la distribution des contraintes. Lors du refroidissement du produit, un gradient de température engendre des contraintes, appelées « contraintes de moulage ».
Jetons un coup d'œil à l'introduction demachine d'extrusion.

Les produits moulés par injection présentent deux types de contraintes internes : les contraintes de moulage et les contraintes thermiques. Lorsque le polymère fondu pénètre dans le moule à basse température, il refroidit et se solidifie rapidement près de la paroi de la cavité, figeant ainsi les segments de la chaîne moléculaire. La faible conductivité thermique de la couche de polymère solidifiée crée un fort gradient de température dans l'épaisseur du produit. Le cœur du produit se solidifie très lentement, si bien qu'à la fermeture de l'orifice d'injection, le polymère fondu au centre n'est pas encore solidifié, et la presse à injecter ne peut alors compenser le retrait dû au refroidissement.

Le retrait interne du produit s'effectue donc dans le sens inverse de l'action de la couche superficielle dure ; le noyau est en tension statique tandis que la couche superficielle est en compression statique.

Lors du remplissage et de l'écoulement du métal en fusion dans le moule, outre le retrait volumique dû aux contraintes, des contraintes apparaissent également en raison de la dilatation du canal d'alimentation et de l'orifice de sortie. Le premier induit des contraintes dans le sens d'écoulement, tandis que le second, du fait de la dilatation de l'orifice, engendre des contraintes perpendiculaires à cet écoulement.

2. Facteurs de processus affectant le stress

(1) Sous l'effet des contraintes induites par le refroidissement rapide, l'orientation entraîne la formation de contraintes internes dans le polymère. Du fait de la viscosité élevée du polymère fondu, ces contraintes internes ne peuvent se relâcher rapidement, ce qui affecte les propriétés physiques et la stabilité dimensionnelle du produit.

Influence de divers paramètres sur les contraintes d'orientation.

Température de fusion élevée, faible viscosité, contrainte de cisaillement plus faible et orientation réduite ; en revanche, une température de fusion élevée accélère la relaxation des contraintes et favorise la capacité à renforcer la désorientation.

Cependant, sans modifier la pression de la machine de moulage par injection, la pression dans la cavité du moule augmentera et le fort effet de cisaillement entraînera une augmentation de la contrainte d'orientation.

Prolonger le temps de maintien jusqu'à la fermeture de la buse entraînera une augmentation des contraintes d'orientation.

L'augmentation de la pression d'injection ou de la pression de maintien augmentera la contrainte d'orientation.

Une température de moule élevée assure un refroidissement lent du produit et agit comme un dispositif de désorientation.

Augmenter l'épaisseur du produit permet de réduire les contraintes d'orientation, car les produits à parois épaisses refroidissent lentement, la viscosité augmente lentement, le processus de relaxation des contraintes est long, de sorte que les contraintes d'orientation sont faibles.

(2) L'effet sur le stress thermique

Comme mentionné ci-dessus, en raison du gradient de température entre la matière fondue et la paroi lors du remplissage du moule, la couche extérieure de la matière fondue qui se solidifie en premier doit aider à empêcher le retrait de la couche intérieure de la matière fondue qui se solidifie plus tard, ce qui entraîne une contrainte de compression (contrainte de retrait) dans la couche extérieure et une contrainte de traction (contrainte d'orientation) dans la couche intérieure.

Si le moule est rempli puis maintenu sous pression pendant une période prolongée, le polymère fondu s'accumule dans la cavité, augmentant ainsi la pression interne et modifiant les contraintes internes dues aux variations de température. En revanche, si le temps de maintien est court et la pression faible, le produit conservera le même état de contrainte qu'au moment de son refroidissement.

Si la pression dans la cavité du moule est insuffisante au début du refroidissement, la couche externe du produit se rétracte par solidification et forme une dépression ; si elle est insuffisante plus tard, une fois la couche dure formée, la couche interne se décolle par rétraction ou forme une cavité ; le maintien de la pression dans la cavité avant la fermeture de l’orifice d’injection contribue à augmenter la densité du produit et à éliminer les contraintes thermiques liées au refroidissement, mais génère une forte concentration de contraintes près de cet orifice.

Il semble donc que plus la pression dans le moule est élevée, plus le temps de maintien est long, ce qui contribue à réduire les contraintes de retrait générées par la température et, inversement, à augmenter les contraintes de compression.

3. La relation entre le stress interne et la qualité du produit

La présence de contraintes internes dans le produit affecte gravement ses propriétés mécaniques et ses performances. Ces contraintes, de par leur présence et leur répartition inégale, peuvent entraîner des fissures lors de son utilisation. À une température inférieure à la température de transition vitreuse, des déformations irrégulières ou des gauchissements se produisent fréquemment, ce qui peut également rendre la surface du produit blanchâtre et opaque, et détériorer ses propriétés optiques.

L'abaissement de la température à la porte et l'augmentation du temps de refroidissement contribueront à améliorer l'homogénéité des contraintes dans le produit et à homogénéiser ses propriétés mécaniques.

Pour les polymères cristallins et amorphes, la résistance à la traction est anisotrope. Pour les polymères amorphes, elle varie selon la position de l'orifice d'injection : lorsque celui-ci est orienté dans le même sens que le remplissage du moule, la résistance à la traction diminue avec l'augmentation de la température du polymère fondu ; en revanche, lorsqu'il est perpendiculaire à cette direction, elle augmente.

L'augmentation de la température de fusion entraîne une augmentation de la désorientation et une diminution de la résistance à la traction due à une diminution de l'orientation. L'orientation de la buse d'injection influe sur l'orientation en modifiant la direction d'écoulement. Les polymères amorphes étant plus anisotropes que les polymères cristallins, leur résistance à la traction dans la direction perpendiculaire à l'écoulement est supérieure. L'injection à basse température induit une anisotropie mécanique plus importante que l'injection à haute température ; par exemple, le rapport de résistance dans la direction perpendiculaire à l'écoulement est de 1.7 à haute température d'injection et de 2 à basse température d'injection.

Il semblerait qu'une augmentation de la température de fusion, que ce soit pour des polymères cristallins ou non cristallins, entraîne une réduction de la résistance à la traction, mais par un mécanisme différent ; la première est due à un effet réduit par l'orientation.